视觉机器人在包装生产线上的技术应用
时间：2020-11-27 16:05:35 来源：达达文档网 本文已影响 人 
张子龙 刘炽辉 赵慧民
摘要：机器人快速移动运动零件的研究也是一个研究仿生的智能平台，视觉伺服机器人处理运动零件的技术，可应用在抓取传送带上正在运动的零件。
关键词：视觉；
机器人；
控制系统；
通信
近些年，由于食品工业的迅猛发展，人们生活节奏变快，需要更多便捷的食品。龟苓膏是历史悠久的梧州传统药膳，倍受人们喜爱，并畅销中外。龟苓膏包装生产线主要以人力包装为主，机械辅助，生产线自动化改造势在必行。机器人快速移动运动零件的研究也是一个研究仿生的智能平台，视觉伺服机器人处理运动零件的技术，可应用在抓取传送带上正在运动的零件。通过现场考察和实践研究，我们发现该技术是国产龟苓膏包装系统的技术难点和关键问题。
工业机器人技术是近年来新技术发展的重要领域之一，是以信息与通讯技术为主导的多种新兴技术与机械技术交叉、融合而成的一种综合的高新技术。工业机器人是最典型的机电一体化装备，应用范围很广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未来生产和社会发展起着越来越重要的作用。带有外部传感器视觉系统的工业机器人应用的范围非常广，机器人产业是继汽车、计算机之后出现的一种新的大型高技术产业。因此智能化的工业机器人技术也成为广大工程技术人员迫切需要掌握的知识。
现在传统的龟苓膏包装生产线主要由上料，自动贴标签，摆正龟苓膏，放杯盖及投放糖浆杯子，投放小勺匙，安装，装盒，封胶带，现在通过生产线的自动化关键技术改造，能使得生产线更加自动化和智能化。其中需要把龟苓膏和装有小勺匙和糖浆的杯盖合在一起（见图），
利用机械手来进行捉取的方法大概有2种：第一种就事抓取盖子放在龟苓膏上方，第2种就是抓取龟苓膏放在盖子上。方案的设计首先要分析产品的特点，盖子比较薄而且软，而且考虑要到还有把小勺匙和糖浆放在里面，故设计了一个类似碗的模具，刚好能放下盖子，然后把小勺匙和糖浆放在盖子的里面，再用机械手把龟苓膏从一个地方移动到另一个地方，具体的解决的方案（见下图）是：装有两个传输带，有一个传输带1利用放有类似碗装的模具，利用限位装置排成一行，去到预设好的位置，触动光电传感器，光电传感器发出信号，让机器人获得模具的坐標，并结合传输带的编码器给出的脉冲信号，脉冲信号的波数乘以每脉冲传输带移动的距离，就是移动的距离。通过计算得出某一时间后模具去到的位置坐标。另一条传输带2把龟苓膏运过来，由工业相机拍照，视觉系统分析照片，确定好龟苓膏位置坐标，再结合另一条传输带的编码器给出的脉冲信号，用同样的方法通过计算得出某一时间后模具去到的位置坐标。机器人根据程序去到预算好的坐标去捉取目标，提起来送到模具的上方，放下龟苓膏，完成一个循环。
这次用的机器人是并联机器人，整个方案的特点是可以通过视觉系统捕捉目标物体，由三个并联的伺服轴确定抓具中心的空间位置，实现目标物体的运输，加工等操作。并联机器人是典型的空间三自由度并联机构，整体结构精密、紧凑，驱动部分均布于固定平台，这些特点使它具有承载能力强、刚度大、自重负荷比小、动态性能好；
并行三自由度机械臂结构，重复定位精度高；
超高速拾取物品，一秒钟多个节拍等特点。非常适合使用到这种需要快速移动并且负重较小的地方。
工业机器人主要由三大部分组成：
（1）机械本体部分
工业机器人的机械本体部分是工业机器人的重要部分，其功能为实现各种动作。其他组成部分必须与机械本体相匹配，相辅相成，组成一个完整的机器人系统。
（2）传感部分
传感部分用于感知内部和外部的信息。要机器人与人一样有效地完成工作，对外界状况进行判别的感知功能是必不可少的。没有感知功能的机器人，只能按预先给定的顺序，重复地进行一定的动作。
（3）控制部分
控制部分用于控制机器人完成各种动作，工业机器人的控制主要包括：机器人的动作顺序、应实现的路径与位置、动作时间间隔以及作用于对象上的作用力等。工业机器人控制系统一般是以机器人的单轴或多轴运动协调为目的的控制系统。工业机器人控制部分是一个与运动学和动力学原理密切相关的、有耦合的、非线性的多变量控制系统。随着实际工作情况的不同，可以采用各种不同的控制方式，从简单的编程控制，微处理机控制到小型计算机控制等。
另外机器人拥有六个子系统：
（1）机械结构系统
（2）驱动系统
（3）传感系统
（4）人机交互系统
（5）控制系统
（6）机器人-环境交互系统
视觉系统是传感系统的其中一部分，包括七大功能模块，分别是图像采集模块、显示模块、相机标定模块、图像处理模块、双目三维重建模块、点云处理识别模块、机器人通信模块，相关连接如下图：
机器人捉取精度跟由工业相机拍照之后图片的计算处理很有光系。现在流行的方法有很多。本文介绍其中一种。
具体来说就是采用CCD（Charge Coupled Device）照相机摄取检测图像，再利用图像滤波、二值化、图像分割等技术进行图像处理，通过各类坐标系的转换标定最后的世界坐标，利用随机散斑建立结构光，并进行灰度匹配进行三维重建，利用PCL点云库若干算法实现点云的滤波、求解法向量、点云分割、关键点选取、关键点的特征描述以及最后的点云匹配确定工件的精确位姿，使用机器人逆解算法和编程技术实现机器人的点位运动控制。
不同的应用环境需要灵活地应用带视觉系统的工业机器人，可以大大提高生产力，为社会做出很大的贡献。随着人类技术的不断提高，我们能够做出更快更强的机器人，适合应用在更多的地方。
参考文献
[1] 孙应飞，罗爱华. 我国工业机器人发展研究[J]. 科学技术与工程，2012， 12（12）：
2912-2917
[2] 机器人视觉伺服研究进展：视觉系统与控制策略[J]. 贾丙西，刘山，张凯祥，陈剑. 自动化学报. 2015（05）
作者简介：张子龙，广东，1974年4月10日，汉，机械工程师，研究方向：机械设计与制造。
（作者单位：广东技术师范大学）
